Su, sıradan görünümünün ardında oldukça karmaşık bir yapıya sahip. Bilim insanları, sıkıştırılmış ortamlarda su moleküllerinin aynı anda hem katı hem de sıvı gibi davranabildiğini ortaya koydu. Bu durum, suyun bilinen özelliklerinin ötesinde yeni bir evresini gözler önüne seriyor.
Katı buzda moleküller sabit bir yapıda kilitliyken, sıvı suda serbestçe hareket eder ve sürekli bağ kurup koparır. Ancak bu yeni keşfedilen evrede, moleküller hem sabit bir konuma sahip oluyor hem de sıvı haldeki gibi hızlı bir şekilde dönüyor. Daha önce doğrudan incelenemeyen bu duruma 'ön erime' (premelting) adı veriliyor.
Japon bilim insanlarının yaptığı açıklamaya göre, bu ön erime evresi, tamamen donmuş buz yapısı erimeye başlarken, tam hidrojen bağı oluşturmamış H2O moleküllerinin erimesini içeriyor. Bu durum, donmuş H2O katmanları ile yavaş hareket eden H2O'nun bir arada bulunduğu yeni bir su fazını temsil ediyor.
Bu ilginç durumu gözlemlemek için özel bir deney düzeneği kuruldu. Araştırmacılar, hidrojen atomlarının döteryum ile değiştirildiği 'ağır su' olarak bilinen D2O'yu kullandılar. Ağır su, 1.6 nanometre genişliğindeki dar, hidrofili kanallara sahip çubuk şeklinde kristallerin içine sıkıştırıldı. Daha sonra bu ağır su donduruldu ve yavaşça ısıtıldı.
Tüm süreç, katı haldeki döteryum nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ile izlendi. Bu teknik, moleküllerin her katmanda farklı hareket ve etkileşimlere sahip, hiyerarşik, üç katmanlı bir yapı oluşturduğunu gösterdi.
Ön erime hali, genellikle donma noktasının altında bile buz yüzeyinde oluşan ince bir su tabakası olarak biliniyor. Ancak bu durum, aşırı sıkıştırma altında daha farklı bir şekilde gerçekleşiyor.
Nanometre ölçeğinde sıkıştırılan suyun elektriksel özelliklerinin değişebildiği, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda bile donmadığı veya kaynaması gereken sıcaklıklarda katılaştığı biliniyor. Bu tür sıra dışı davranışlar, suyun ne kadar esnek bir yapıya sahip olduğunu gösteriyor.
Bilim insanları, suyun bu özelliklerinden faydalanarak enerji depolama gibi alanlarda yeni uygulamalar geliştirebileceklerini belirtiyor. Örneğin, hidrojen ve metan gibi enerjik gazların depolanması veya yapay gaz hidratları gibi su bazlı malzemelerin geliştirilmesi mümkün olabilir.
Bu araştırmanın sonuçları, Amerikan Kimya Topluluğu Dergisi'nde yayımlandı.
